專利名稱：：煤液化反應(yīng)中反應(yīng)產(chǎn)物的估測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種由煤形成液態(tài)烴燃料技術(shù)，具體地說，涉及一種用不同種類的煤作為原料對在多級泡罩塔液化反應(yīng)器的每一個泡罩塔(反應(yīng)容器)的出口處的每一種氣相和液相反應(yīng)產(chǎn)物的排出量的估測方法，可以用電子計算機(jī)將所說的液化反應(yīng)器任意地按比例放大。
背景技術(shù)：
：關(guān)于由煤直接形成烴燃料的方法，已發(fā)展作為直接煤液化方法的包括IG方法的多種方法(煤化學(xué)和工藝(TheChemistryandTechnologyofCoal)J.G.Speight,marceldekker,Inc.1994,NEDOL方法，JapanCoalOilK.K.catalog)。在所有這些方法中，煤在高溫高壓下氫化裂解，細(xì)粉碎的煤分散在烴溶劑中形成漿液，得到的漿液加入高溫高壓的反應(yīng)器中。在反應(yīng)器的前段一般都設(shè)有一個漿液預(yù)熱器，用于把室溫的煤漿液在相當(dāng)短的時間內(nèi)加熱到接近反應(yīng)器的溫度。NEDOL方法中的煤液化反應(yīng)是一個氣-液-固多相反應(yīng)，其中，氫氣在約450℃的高溫和約170kg/cm2的高壓下吹入由煤、溶劑和催化劑組成的漿液以使煤氫化裂解形成液態(tài)烴。該反應(yīng)器的類型是一個完全混合容器塔反應(yīng)器，即使是在中間工廠規(guī)模中它至少由三個串連連結(jié)的泡罩塔(反應(yīng)容器)組成。氫化裂解是在下流側(cè)的泡罩塔反應(yīng)器中進(jìn)行，以使得到的烴的分子量向著泡罩塔反應(yīng)器的順流側(cè)降低。由于氣液平衡，估測即使在高溫高壓下低沸點的低分子量的烴如苯、甲苯和苯酚的絕大部分存在于氣相中，結(jié)果，低沸點的液相成分的量就相對減少。同樣可估測到低中沸點的液化油是部分存在于氣相中。結(jié)果，泡罩塔反應(yīng)器里的液相的流速降低，向著泡罩塔的順流側(cè)前進(jìn)時的液相停留時間將增加。在極端情況下，液相能產(chǎn)生結(jié)焦問題。如上所述，存在于順序相連的多級泡罩塔液化反應(yīng)器中的氣液平衡是由每一個泡罩塔反應(yīng)器的反應(yīng)條件所形成的，即反應(yīng)溫度，反應(yīng)壓力，流進(jìn)泡罩塔反應(yīng)器的液態(tài)烴的組成和氫氣的量。同樣，該反應(yīng)器的特點在于該反應(yīng)器有其自身的液相停留時間，即反應(yīng)時間和相當(dāng)于每一個泡罩塔反應(yīng)器中的液相停留時間之和的總的反應(yīng)時間。在液化反應(yīng)塔中，無機(jī)氣體、烴氣體和液化油存在于氣相和液相中。但是，氣相與液相之比與高溫高壓下的氣液平衡相關(guān)。計算這種類型的氣液平衡是困難和極度麻煩的，因此，至今也很少研究該平衡。在這種情況下，設(shè)計順序相連的多級泡罩塔煤液化反應(yīng)器時，過去通常是假定液化反應(yīng)是一個液相均相反應(yīng)，用常溫常壓下的煤漿液加入時的體積速率乘上表觀停留時間以得到反應(yīng)體積。同樣，用反應(yīng)體積除以泡罩塔的個數(shù)得到單個泡罩塔的體積。而估測反應(yīng)器出口處每一種成分的排出量時是假定每一個塔中的停留時間都相同。同樣，從順序相連的多級泡罩塔煤液化反應(yīng)器中得到的試驗數(shù)據(jù)可以得到煤液化反應(yīng)的反應(yīng)速率，從常溫常壓下的煤漿液加入時的體積速率和反應(yīng)容器的體積可以得到表觀停留時間。也可以在假定條件下估測停留時間，例如，盡管液化反應(yīng)是氣相和液相間的多相反應(yīng)，可以假定該反應(yīng)是液相均相反應(yīng)以得到假定條件下的分析值，這樣就可以估測反應(yīng)產(chǎn)物的每一種成分的反應(yīng)速率(ReactionEngineeringbyKenjiHashimoto,BaifukanPublishingCo.,1993)。一般來說，當(dāng)估測反應(yīng)產(chǎn)物的形成量時，或相反由形成量得到反應(yīng)速率常數(shù)時，首先建立反應(yīng)模型以確定反應(yīng)路線。還要建立反應(yīng)速率公式以估測形成量并分析反應(yīng)速率。但是，在煤液化反應(yīng)中，每一種原料煤和液化油的反應(yīng)產(chǎn)物都是有復(fù)雜組成的混合物，象普通化學(xué)反應(yīng)那樣用化學(xué)計算法描述該反應(yīng)是不可能的。因此，就利用將煤或液化油劃分為小組的技術(shù)，每個小組都是由性能相似的成分的混合物所組成。在這種情況下，為了分析該反應(yīng)，就象這些小組是純物質(zhì)一樣，以普通的化學(xué)公式處理這些劃分的小組。迄今為止，已經(jīng)提出許多相互不同的煤或液化油劃分的方法和反應(yīng)路線不同的反應(yīng)模型(CoalConversionUtilizationTechology,compiledbyYuzoSanada,ICP,1994)。作為一個總的趨勢，一個復(fù)雜的將煤或液化油細(xì)分為許多組并且在這些組中確定不同反應(yīng)路線的反應(yīng)模型能與試驗數(shù)據(jù)很好地吻合。但是，用復(fù)雜模型估測反應(yīng)量時，需要大量的必須通過試驗確定的參數(shù)，這就使得分析反應(yīng)速率很困難。在進(jìn)行煤液化工廠的可行性研究時，液化反應(yīng)器的大小和數(shù)量是對工廠的建設(shè)費用起著重要影響的因素。為了使液化反應(yīng)器的大小和數(shù)量最優(yōu)化，有必要進(jìn)行多種情況的研究。具體來說，必須估測不同操作條件下液化產(chǎn)物的每一種成分的形成量。在迄今為止利用的估測形成量的傳統(tǒng)方法中，使用了前面已經(jīng)指出的表觀停留時間，這基本上不可能用于處理反應(yīng)器的大小和形狀的變化及反應(yīng)塔的數(shù)量。不用說，停留時間根本反映不出操作條件如反映溫度和氫氣的吹氣量的變化。很自然，這種傳統(tǒng)的估測方法確實存在不足。為了進(jìn)行煤液化工廠的可行性研究，需要一種估測技術(shù)，其中，在每一個反應(yīng)塔中根據(jù)氣液平衡估測氣相和液相的流速，基于估測的流速得到每一個反應(yīng)塔中的真正的停留時間，利用這樣得到的真正的停留時間能夠估測液化產(chǎn)物的形成量。另外，當(dāng)用真正的停留時間估測形成量時，還需要反應(yīng)速率常數(shù)作為基于真正的停留時間所估測的反應(yīng)速率常數(shù)。一種估測技術(shù)，其中，能夠在每一個反應(yīng)塔中根據(jù)氣液平衡估測氣相和液相的流速，基于估測的流速得到每一個反應(yīng)塔中的真正的停留時間，利用這樣得到的真正的停留時間能夠估測液化反應(yīng)的反應(yīng)速率常數(shù)，這樣的估測技術(shù)在由順序相連的多級泡罩塔煤液化反應(yīng)器的試驗數(shù)據(jù)所得到的煤液化反應(yīng)的反應(yīng)速率的情況下也是需要的。使用真正的停留時間估測液化產(chǎn)物的形成量或計算反應(yīng)速率常數(shù)時，通過試湊法結(jié)束計算的技術(shù)是必不可少的，因為真正的停留時間本身就是液化產(chǎn)物的形成量的函數(shù)。因此，使用過度復(fù)雜的反應(yīng)模型時，不可能通過試湊法就結(jié)束計算，這樣就不可能進(jìn)行估測。特別是，當(dāng)煤液化反應(yīng)的反應(yīng)速率是從順序相連的多級泡罩塔煤液化反應(yīng)器的試驗數(shù)據(jù)得到時，利用復(fù)雜的反應(yīng)模型進(jìn)行分析得到參數(shù)如反應(yīng)速率常數(shù)是非常困難的。另一方面，如果反應(yīng)模型過分簡單，它不可能描述真正的反應(yīng)現(xiàn)象。如上所述，在煤液化反應(yīng)中，每一種原料煤和液化油的反應(yīng)產(chǎn)物都是有復(fù)雜組成的混合物，象普通化學(xué)反應(yīng)那樣用化學(xué)計算法描述煤液化反應(yīng)是不可能的。如果過分簡化該反應(yīng)，不可能描述出取決于煤種的反應(yīng)性的差別及液化產(chǎn)物中每一種成分的形成量的不同。更具體地說，用真正的停留時間估測時，需要建立一個有一定復(fù)雜度的反應(yīng)模型以能夠描述出真正的反應(yīng)現(xiàn)象，同時，該模型應(yīng)有一定的簡單性以能夠不麻煩地分析得到如反應(yīng)速率常數(shù)的參數(shù)并能真正地確定參數(shù)。液化的煤的組成和性質(zhì)隨著煤種、產(chǎn)地等的不同有很大的差別。因此，即使建立一個簡單的反應(yīng)模型以不困難地分析而得到如反應(yīng)速率常數(shù)的參數(shù)，也必須設(shè)置基于該反應(yīng)模型的真正地液化煤的最佳條件。具體地說，為了選擇適于某一煤種(原料煤)的反應(yīng)溫度、反應(yīng)壓力和反應(yīng)時間，需要利用一個小型工廠或中間工廠以建立一個連續(xù)的示范性操作并估測所得到的烴燃料中各種成分的產(chǎn)量和比例以確定最佳條件。隨后對于每一煤種都需要大量的研究費用和時間。在這種情況下，迫切需要發(fā)展一種能容易地選擇出如反應(yīng)溫度、反應(yīng)壓力和反應(yīng)時間的液化反應(yīng)條件并還能容易地選擇出反應(yīng)速率常數(shù)的技術(shù)。
發(fā)明內(nèi)容已經(jīng)達(dá)到上述要求的本發(fā)明的一個目的是提供一種在煤液化反應(yīng)中利用真正的停留時間可描述真正的反應(yīng)現(xiàn)象并且還能估測液化產(chǎn)物形成量的估測模擬技術(shù)。已經(jīng)達(dá)到上述要求的本發(fā)明提供一種能容易地得到每一個不同煤種的反應(yīng)速率常數(shù)的技術(shù)，而不需要涉及大量研究費用也不需要使用連續(xù)設(shè)備進(jìn)行示范性操作的試驗。上述目的通過以下措施實現(xiàn)開發(fā)一種根據(jù)氣液平衡的停留時間使用電子計算機(jī)估測在高溫高壓下操作的由容器式反應(yīng)器所形成的煤液化反應(yīng)器中排出物的每一種成分的排出量的方法，開發(fā)一種根據(jù)氣液平衡的停留時間估測從由N個容器組成的在高溫高壓下操作的容器塔反應(yīng)器的第N個容器中排出物的每一種成分的排出量的試驗數(shù)據(jù)而得到的煤液化反應(yīng)的反應(yīng)速率常數(shù)的方法，建立一個有一定復(fù)雜度的反應(yīng)模型以能夠描述出真正的反應(yīng)現(xiàn)象，同時，該模型應(yīng)有一定的簡單性以能夠不困難地分析得到如反應(yīng)速率常數(shù)的參數(shù)并能真正地確定參數(shù)。另外，本發(fā)明的目的通過以下措施而實現(xiàn)用反應(yīng)模型分析液化反應(yīng)速率以得到關(guān)于多種煤化度不同的煤的反應(yīng)速率常數(shù)，并使得到的反應(yīng)速率常數(shù)與能夠確定性質(zhì)的煤中的成分相關(guān)聯(lián)。根據(jù)本發(fā)明的第一個方面，它提供了一種估測在其中把氫氣吹入煤漿液而進(jìn)行液化反應(yīng)的反應(yīng)容器的出口處的排出物中每一種成分的排出量的方法，包括如下步驟通過假定排出物中每一種成分的排出量而計算每一種氣相和液相在反應(yīng)容器里的反應(yīng)容器停留時間；基于反應(yīng)容器滯留，流入反應(yīng)器的每一種成分的流入量及從預(yù)定的煤液化反應(yīng)模型得到的主要不可逆反應(yīng)的速率公式以計算排出物中每一種成分的排出量；重復(fù)計算直到每一種成分的假定排出量與計算得到的每一種成分的排出量在預(yù)定的誤差范圍內(nèi)相吻合以確定每一種成分的排出量的估測值。根據(jù)本發(fā)明的第二個方面，它提供了一種估測由高溫高壓下操作的容器式反應(yīng)器所形成的煤液化反應(yīng)器中排出物的每一種成分的排出量的方法，包括如下步驟假定排出物的每一種成分的排出量以計算組合物的混合物在反應(yīng)容器中的氣液平衡組成；進(jìn)一步計算反應(yīng)容器中氣相和液相的體積流速；基于由體積流速和經(jīng)驗公式計算出的氣體在反應(yīng)容器中的停留時間而計算出氣相和液相在反應(yīng)容器中的停留時間；基于由反應(yīng)容器中的停留時間得出的主要的不可逆反應(yīng)的速率公式，流入反應(yīng)器的每一種成分的流入量及特定煤的液化反應(yīng)模型而計算出排出物的每一種成分的排出量；將最初假定的每一種成分的排出量與計算得到的每一種成分的排出量相比；重復(fù)系列計算直到每一種成分的這兩個排出量在預(yù)定的誤差范圍內(nèi)相吻合。根據(jù)本發(fā)明的第三個方面，它提供了一種基于從由N個容器組成的高溫高壓下操作的容器塔反應(yīng)器的第n個容器中排出的每一種成分的排出量的實際測定值估測煤液化反應(yīng)的反應(yīng)速率常數(shù)的方法，包括如下步驟假定一個反應(yīng)速率常數(shù)；用假定的反應(yīng)速率常數(shù)連續(xù)計算每一個容器的排出物中每一種成分的排出量直到第N個容器；將第N個容器中的每一種成分的排出量的計算值與實際測定值相比；重復(fù)系列計算直到每一種成分的這兩組排出量在預(yù)定的誤差范圍內(nèi)相吻合。根據(jù)本發(fā)明的第四個方面，它提供了一種基于從由N個容器組成的高溫高壓下操作的容器塔反應(yīng)器的第N個容器中排出的每一種成分的排出量的實際測定值估測煤液化反應(yīng)的反應(yīng)速率常數(shù)的方法，包括如下步驟假定一個反應(yīng)速率常數(shù)；用假定的反應(yīng)速率常數(shù)連續(xù)計算每一個容器的排出物中每一種成分的排出量直到第N-1個容器；基于第N-1個容器中排出的每一種成分的排出量和第N個容器中排出的每一種成分的排出量重新計算反應(yīng)速率常數(shù)；將最初假定的反應(yīng)速率常數(shù)和通過計算重新得到的反應(yīng)速率常數(shù)相比；重復(fù)系列計算直到對每一個反應(yīng)速率常數(shù)這兩組反應(yīng)速率常數(shù)都在預(yù)定的誤差范圍內(nèi)相吻合。根據(jù)本發(fā)明的第五個方面，它提供了一種估測從由高溫高壓下操作的泡罩塔反應(yīng)器組成的煤液化反應(yīng)器的排出物中每一種成分的排出量的方法，其中所用的主要不可逆反應(yīng)的速率公式是從下面的反應(yīng)模型得出的其中，不包括水和灰分的煤分成三種組分一種組分有高的液化反應(yīng)性，一種組分有低的液化反應(yīng)性，第三種組分極不可能液化；液化油和固體液化產(chǎn)物分成四種組分一種液化油組分有低沸點，一種液化油組分有中沸點，一種液化油組分有高沸點，還有含有液化油的瀝青質(zhì)；其它的液化產(chǎn)物分成四種組分，即低級烴氣體，一氧化碳和二氧化碳?xì)怏w，水，硫化氫和氨氣；煤在由煤的三種組分、液化油和固體液化產(chǎn)物的四種組分、其它液化產(chǎn)物的四種組分和氫氣組成的12種組分中沿著一級不可逆反應(yīng)的連串反應(yīng)和平行反應(yīng)相結(jié)合的反應(yīng)線路分解成液化產(chǎn)物，液化產(chǎn)物再進(jìn)一步部分地分解成有較小分子量的其它液化產(chǎn)物。本發(fā)明還提供一種基于從由N個容器組成的高溫高壓下操作的容器塔反應(yīng)器的第N個容器中排出的每一種成分的排出量的實際測定值估測煤液化反應(yīng)的反應(yīng)速率常數(shù)的方法，其中所用的主要不可逆反應(yīng)的速率公式是從下面的反應(yīng)模型得出的不包括水和灰分的煤分成三種組分一種組分有高的液化反應(yīng)性，一種組分有低的液化反應(yīng)性，第三種組分極不可能液化；液化油和固體液化產(chǎn)物分成四種組分一種液化油組分有低沸點，一種液化油組分有中沸點，一種液化油組分有高沸點，還有含有液化油的瀝青質(zhì)；其它的液化產(chǎn)物分成四種組分即低級烴氣體、一氧化碳和二氧化碳?xì)怏w，水，硫化氫和氨氣；煤在由煤的三種組分、液化油和固體液化產(chǎn)物的四種組分、其它氣體液化產(chǎn)物的四種組分和氫氣組成的12種組分中沿著主要是不可逆反應(yīng)的連串反應(yīng)和平行反應(yīng)相結(jié)合的反應(yīng)路線分解成液化產(chǎn)物，液化產(chǎn)物再進(jìn)一步部分地分解成有較小分子量的其它液化產(chǎn)物。本發(fā)明還提供一中估測從由高溫高壓下操作的泡罩塔反應(yīng)器組成的煤液化反應(yīng)器的排出物中每一種成分的排出量的方法，其中，液化油或固體液化產(chǎn)物分成四種組分一種液化油組分有低沸點，一種液化油組分有中沸點，一種液化油組分有高沸點，還有含有液化油的瀝青質(zhì)，并且其它的液化產(chǎn)物分成四種組分，即低級烴氣體的一組，由一氧化碳和二氧化碳?xì)怏w組成的一組，只由水組成的一組，由硫化氫和氨氣組成的一組，有1-3個碳原子的烴化合物的組劃分為低級烴氣體，常壓下沸點不高于220℃且不包括低級烴氣體的液化油劃分為有低沸點的液化油組分，常壓下沸點不低于220℃且低于350℃的液化油劃分為有中沸點的液化油組分，常壓下沸點不低于350℃且低于538℃的液化油劃分為有高沸點的液化油組分，常壓下沸點不低于538℃的液化油和能溶于四氫呋喃的固體成分劃分為瀝青質(zhì)。本發(fā)明還提供一種基于從由N個容器組成的高溫高壓下操作的容器塔反應(yīng)器的第N個容器中排出的每一種成分的排出量的實際測定值估測煤液化反應(yīng)的反應(yīng)速率常數(shù)的方法，其中液化油或固體液化產(chǎn)物分成四種組分一種液化油組分有低沸點，一種液化油組分有中沸點，一種液化油組分有高沸點，還有含有液化油的瀝青質(zhì)，并且其它的液化產(chǎn)物分成四種組分，即低級烴氣體的一組，由一氧化碳和二氧化碳?xì)怏w組成的一組，只由水組成的一組，由硫化氫和氨氣組成的一組，有1-3個碳原子的烴化合物的組劃分為低級烴氣體，常壓下沸點不高于220℃且不包括低級烴氣體的液化油劃分為有低沸點的液化油組分，常壓下沸點不低于220℃且低于350℃的液化油劃分為有中沸點的液化油組分，常壓下沸點不低于350℃且低于538℃的液化油劃分為有高沸點的液化油組分，常壓下沸點不低于538℃的液化油和能溶于四氫呋喃的固體成分劃分為瀝青質(zhì)。本發(fā)明還提供一種從由高溫高壓下操作的泡罩塔反應(yīng)器組成的煤液化反應(yīng)器的排出物中估測每一種成分的排出量的方法，其中，不包括灰分的煤分成三種組分一種組分有高的液化反應(yīng)性，一種組分有低的液化反應(yīng)性，第三種組分極不可能液化，在450℃煤轉(zhuǎn)化成液化產(chǎn)物的反應(yīng)中主要不可逆反應(yīng)的速率常數(shù)至少是0.5/min的煤的組成劃分為有高的液化反應(yīng)性的組分，主要不可逆反應(yīng)的速率常數(shù)小于0.5/min且不小于10-4/min的煤的組分劃分為有低的液化反應(yīng)性的組分，主要不可逆反應(yīng)的速率常數(shù)小于10-4/min的煤的組分劃分為極不可能液化的組分。本發(fā)明還提供一種在其中把氫氣吹入煤漿液進(jìn)行液化反應(yīng)的反應(yīng)容器的出口處的排出物中估測每一種成分的排出量的方法，包括如下步驟根據(jù)預(yù)先設(shè)定的有關(guān)每一種煤化度彼此都不同的多種煤種的漿液的煤液化反應(yīng)模型而假定排出物中每一種成分的排出量并計算每一種氣相和液相在反應(yīng)容器里的反應(yīng)容器停留時間；基于反應(yīng)容器里的停留時間、流入反應(yīng)容器的每一種成分的流入量及從煤液化反應(yīng)模型得到的主要不可逆反應(yīng)的速率公式計算排出物中每一種成分的排出量；得到主要是不可逆反應(yīng)的速率公式的反應(yīng)速率常數(shù)使得計算的每一種成分的排出量與每一種成分的假定排出量在預(yù)定的誤差范圍內(nèi)相吻合，然后基于每一種煤的反應(yīng)速率常數(shù)得出能表示煤的組分與反應(yīng)速率常數(shù)關(guān)系的公式；應(yīng)用與任選的一種煤有特殊關(guān)系的公式以計算反應(yīng)速率常數(shù)，從而在煤液化反應(yīng)模型的基礎(chǔ)上估測排出物中每一種成分的排出量。當(dāng)不同煤化度的煤液化時，在本發(fā)明中把煤的組分代入到得到的關(guān)系式中可很容易地得到煤的反應(yīng)速率常數(shù)。因此，不需要利用一個小型工廠或中間工廠進(jìn)行連續(xù)的示范性操作，這在過去對于每一種煤種都是需要的，這就可能大大節(jié)省研究煤液化技術(shù)開發(fā)所需的金錢和時間。本發(fā)明使得選擇原料煤的種類和研究如反應(yīng)溫度、反應(yīng)壓力和反應(yīng)時間的反應(yīng)條件成為可能，以此使得反應(yīng)器(反應(yīng)容器)形狀的最優(yōu)化成為可能。當(dāng)不包括水和灰分的煤劃分為三種組分一種組分有高的液化反應(yīng)性，一種組分有低的液化反應(yīng)性，第三種組分極不可能液化，當(dāng)排出的液化油和固體液化產(chǎn)物劃分為四種組分，一種組分有低沸點，一種組分有中沸點，一種組分有高沸點，還有含有液化油的瀝青質(zhì)，當(dāng)排出的其它的液化產(chǎn)物分成四種組分，即一種低級烴氣體組分、一種一氧化碳和二氧化碳?xì)怏w組分，一種只有水組成的組分，一種由硫化氫和氨氣組成的組分時，反應(yīng)速率常數(shù)和煤的組分間的關(guān)系式可表示如下[公式1]K32=K320×10A32{(H/C)×VM}+B32[公式2]K43=K430×10A43{(H/C)×VM}+B43[公式3]K54=K540×10A54{(H/C)×VM}+B54[公式4]K63=K630×10A63{(H/C)×VM}+B63[公式5]K73=K730×10A73{(H/C)×(VM-0)}+B73K103=K1030×10A103{(H/C)×O}+B103[公式7]K93=K930×10A93(N+S)+B93[公式8]K81=K810×10A81{(H/C)×O}+B81[公式9]K10=K100×10A10{(H/C)×VM}B10其中，K32是從低液化反應(yīng)性的煤的組分產(chǎn)生瀝青質(zhì)的反應(yīng)的反應(yīng)速率常數(shù)；K43是從瀝青質(zhì)產(chǎn)生高沸點的液化油組分的反應(yīng)的反應(yīng)速率常數(shù)；K54是從高沸點的液化油組分產(chǎn)生中沸點的液化油組分的反應(yīng)的反應(yīng)速率常數(shù)；K63是從瀝青質(zhì)產(chǎn)生低沸點的液化油組分的反應(yīng)的反應(yīng)速率常數(shù)；K73是從瀝青質(zhì)產(chǎn)生低級烴氣體的反應(yīng)的反應(yīng)速率常數(shù)；K103是從瀝青質(zhì)產(chǎn)生水的反應(yīng)的反應(yīng)速率常數(shù)；K93是從瀝青質(zhì)產(chǎn)生硫化氫和氨氣的反應(yīng)的反應(yīng)速率常數(shù)；K81是從高液化反應(yīng)性的煤的組分產(chǎn)生一氧化碳?xì)怏w和二氧化碳?xì)怏w的反應(yīng)的反應(yīng)速率常數(shù)；K10是氫氣和瀝青質(zhì)間反應(yīng)的反應(yīng)速率常數(shù)；其中的H/C表示干基煤中氫原子和碳原子的比；O表示干基煤中所含的氧的重量比；N表示干基煤中所含的氮的重量比；S表示干基煤中所含的硫的重量比；VM表示干基煤中所含的揮發(fā)成分的重量比，和其中A32表示當(dāng)(H/C)×VM畫在橫坐標(biāo)上而K32以對數(shù)值畫在縱坐標(biāo)上時，公式(1)所表示的直線的斜率；K320表示直線在通過縱坐標(biāo)時的部分截距，它表示在用于得到上述關(guān)系式的預(yù)定煤種的(H/C)×VM處的K32值；B32表示上述直線的部分截距，它表示當(dāng)K32=K320時-A32{(H/C)×VM}的值；A43表示當(dāng)(H/C)×VM畫在橫坐標(biāo)上而K43以對數(shù)值畫在縱坐標(biāo)上時，公式(2)所表示的直線的斜率；K430表示直線在通過縱坐標(biāo)時的縱坐標(biāo)部分截距，它表示在用于得到特定關(guān)系式的預(yù)定煤種的(H/C)×VM處的K43值；B43表示直線的部分截距，它表示當(dāng)K43=K430時-A43{(H/C)×VM}的值；A54表示當(dāng)(H/C)×VM畫在橫坐標(biāo)上而K54以對數(shù)值畫在縱坐標(biāo)上時，公式(3)所表示的直線的斜率；K540表示直線在通過縱坐標(biāo)時的部分截距，它表示在用于得到關(guān)系式的預(yù)定煤種的(H/C)×VM處的K54值；B54表示直線的部分截距，它表示當(dāng)K54=K540時-A54{(H/C)×VM}的值；A63表示當(dāng)(H/C)×VM畫在橫坐標(biāo)上而K63以對數(shù)值畫在縱坐標(biāo)上時，公式(4)所表示的直線的斜率；K630表示直線在通過縱坐標(biāo)時的部分截距，它表示在用于得到關(guān)系式的預(yù)定煤種的(H/C)×VM處的K63值；B63表示直線的部分截距，它表示當(dāng)K63=K630時-A63{(H/C)×VM}的值；A73表示當(dāng)(H/C)×VM畫在橫坐標(biāo)上而K73以對數(shù)值畫在縱坐標(biāo)上時，公式(5)所表示的直線的斜率；K730表示直線在通過縱坐標(biāo)時的部分截距，它表示在用于得到特定關(guān)系式的預(yù)定煤種的(H/C)×VM處的K73值；B73表示直線的部分截距，它表示當(dāng)K73=K730時-A43{(H/C)×(VM-O)}的值；A103表示當(dāng)(H/C)×VM畫在橫坐標(biāo)上而K103以對數(shù)值畫在縱坐標(biāo)上時，公式(6)所表示的直線的斜率；K1030表示直線在通過縱坐標(biāo)時的部分截距，它表示在用于得到特定關(guān)系式的預(yù)定煤種的(H/C)×O處的K103值；B103表示直線的部分截距，它表示當(dāng)K103=K1030時-A103{(H/C)×O}的值；A93表示當(dāng)(N+S)畫在橫坐標(biāo)上而K93以對數(shù)值畫在縱坐標(biāo)上時，公式(7)所表示的直線的斜率；K930表示直線在通過縱坐標(biāo)時的部分截距，它表示在用于得到關(guān)系式的預(yù)定煤種的(N+S)處的K93值；B93表示直線的部分截距，它表示當(dāng)K93=K930時-A93{(N+S)×VM}的值；A81表示當(dāng)(H/C)×O畫在橫坐標(biāo)上而K81以對數(shù)值畫在縱坐標(biāo)上時，公式(8)所表示的直線的斜率；K810表示直線在通過縱坐標(biāo)時的部分截距，它表示在用于得到關(guān)系式的預(yù)定煤種的(H/C)×O處的K81值；B81表示直線的部分截距，它表示當(dāng)K81=K810時-A81{(H/C)×O}的值；A10表示當(dāng)(H/C)×VM畫在橫坐標(biāo)上而K10以對數(shù)值畫在縱坐標(biāo)上時，公式(9)所表示的直線的斜率；K100表示直線在通過縱坐標(biāo)上的部分截距，它表示在用于得到關(guān)系式的預(yù)定煤種的(H/C)×VM處的K10值；和B10表示直線的部分截距，它表示當(dāng)K10=K100時-A10{(H/C)×VM}的值；附圖簡述圖1示出了用在本發(fā)明的程序中的一個煤液化反應(yīng)模型；圖2是一個框圖，示意性地示出建立煤液化反應(yīng)的過程；圖3示出了計算反應(yīng)塔的排出量的算法流程圖；圖4是一個坐標(biāo)圖，示出了煤中氫原子和碳原子的比與揮發(fā)成分的乘積和圖1所示的K32、K43、K54、K63、K10的關(guān)系；圖5是一個坐標(biāo)圖，示出了干基煤中氫原子和碳原子的比與揮發(fā)成分和氧含量之間的差值的乘積和圖1所示的K73的關(guān)系；圖6是一個坐標(biāo)圖，示出了干基煤中氫原子和碳原子的比與氧含量的乘積和圖1所示的K103、K81的關(guān)系；圖7是一個坐標(biāo)圖，示出了干基煤中氮含量與硫含量之和與圖1所示的K93的關(guān)系；圖8是一個坐標(biāo)圖，示出了就Adaro煤來說，利用通過本發(fā)明確定的關(guān)系式得到的反應(yīng)速率常數(shù)分析出的產(chǎn)品產(chǎn)量和實際測定的產(chǎn)品產(chǎn)量的關(guān)系；圖9是一個坐標(biāo)圖，示出了就Tanitohalm煤來說，利用通過本發(fā)明確定的關(guān)系式得到的反應(yīng)速率常數(shù)分析出的產(chǎn)品產(chǎn)量和實際測定的產(chǎn)品產(chǎn)量的關(guān)系；圖10是一個坐標(biāo)圖，示出了就Ikeshima煤來說，利用通過本發(fā)明確定的關(guān)系式得到的反應(yīng)速率常數(shù)分析出的產(chǎn)品產(chǎn)量和實際測定的產(chǎn)品產(chǎn)量的關(guān)系；本發(fā)明的最佳實施方案現(xiàn)在參照附圖描述本發(fā)明的具體實施方案。具體來說，圖2是一個示意性地示出煤液化反應(yīng)過程的框圖。如該圖所示，由40-50wt％的細(xì)粉碎的煤、60-50wt％的如四氫化萘的溶劑、0.5-3wt％的如細(xì)粉碎的天然珍珠巖的催化劑所組成的混合物在漿液容器10中捏和，用泵12使得到的煤漿液前進(jìn)送入到漿液預(yù)熱器14中。在煤漿液前進(jìn)送入到預(yù)熱器14中之前往煤漿液中加入氫氣。把漿液從室溫加熱到剛好是反應(yīng)溫度之前的溫度約400℃，然后加入到順序相連的反應(yīng)塔(反應(yīng)容器)16(16a,16b,16c)中。在漿液加入到16a到16c的每一個反應(yīng)塔之前往漿液中迅速加入氫氣，在16a到16c的每一個反應(yīng)塔中進(jìn)行液化反應(yīng)。從終級反應(yīng)塔中取出的反應(yīng)混合物通過高溫氣液分離器18和漿液熱交換器20加入到低溫氣液分離器22中。從高溫氣液分離器18抽提分離出的液體組分作為所謂的“重油”組分。同樣，從低溫氣液分離器22抽提分離出的液體組分作為所謂的“輕油”組分。同時，從低溫氣液分離器22中取出氣體組分。在上述煤液化反應(yīng)過程中，為了估測反應(yīng)塔16的每一個塔的產(chǎn)品產(chǎn)量，按照下面的方法建立本發(fā)明的反應(yīng)模型。圖1示出了本發(fā)明的反應(yīng)模型。在本發(fā)明的反應(yīng)模型中，液化反應(yīng)產(chǎn)物劃分為以下組分有1-3個碳原子的低級烴氣體的有機(jī)氣體(圖1中以符號OG表示)，低沸點的液化油(圖1中以O(shè)1表示)，它是沸點低的液化油，即介于4個碳原子的烴和沸點低于220℃的餾份之間的餾份，中沸點的液化油(圖1中以O(shè)2表示)，它是一種沸點不低于220℃但低于350℃的油，高沸點的液化油(圖1中以O(shè)3表示)，它是沸點不低于于350℃但低于538℃的油，由沸點不低于538℃的油、瀝青烯和預(yù)瀝青烯組成的瀝青質(zhì)(圖1中以PAAO表示)；二氧化碳和一氧化碳?xì)怏w(圖1中以IOG1表示)，水(圖1中以IOG2表示)，氨氣和硫化氫(圖1中以IOG3表示)。另外，不包括灰分的煤劃分為；一種有高液化反應(yīng)速率的組分(圖l中以CA表示)，一種有低液化反應(yīng)速率的組分(圖1中以CB表示)，及很少進(jìn)行反應(yīng)的一種組分(圖l中以C1表示)。另外，加入的氫氣(圖1中以H表示)也作為起始物料。反應(yīng)路線用設(shè)置在這些組分間的箭頭表示。所有這些反應(yīng)都是主要不可逆反應(yīng)，它們只按照箭頭所示方向進(jìn)行的反應(yīng)，其速率與起始物料的濃度成正比。圖1中未畫出的反應(yīng)、反應(yīng)路線很少發(fā)生，在實際中可忽略不計。在反應(yīng)模型中，基于本發(fā)明人通過試驗得到的技術(shù)思想將煤劃分為CA、CB和CI三種組分。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)煤至少含有三種組分，包括在溫度不低于約400℃的溫度下能迅速轉(zhuǎn)化成液化產(chǎn)物的一種組分，能慢慢地轉(zhuǎn)化成液化產(chǎn)物的一種組分及在實際的時間范圍內(nèi)其向液化產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化基本上可忽略不計的一種組分，這三種組分在反應(yīng)路線上也彼此各不相同。盡管反應(yīng)速率在一定程度上取決于煤種，但是對在450℃時從煤轉(zhuǎn)化成液化產(chǎn)物的反應(yīng)作如下劃分是合理的煤組分CA的主要是不可逆反應(yīng)的速率常數(shù)不低于0.5/min，煤組分CB的主要是不可逆反應(yīng)的速率常數(shù)低于0.5/min且不低于10-4/min，煤組分CI的主要是不可逆反應(yīng)的速率常數(shù)小于10-4/min。每一個反應(yīng)路線的反應(yīng)速率常數(shù)kij與溫度的關(guān)系用如下的Arrhenius方程給出[公式10]kij=kOij*exp(-Eij/RT)其中kOij稱作頻率因子，Eij稱作活化能，這些對于單個反應(yīng)速率常數(shù)來說是給定的常數(shù)，R是氣體常數(shù)，T是溫度。本發(fā)明人對不同的煤進(jìn)行了試驗并發(fā)現(xiàn)kOij和Eij的值取決于煤種。還發(fā)現(xiàn)煤中CA,CB和CI三種組分的比也取決于煤種。換句話說，利用其取決于煤種而不同的頻率因子、活化能及組分的比可以將圖1所示的反應(yīng)模型應(yīng)用于不同的煤種。從圖1所示的反應(yīng)模型可以得到表1所示的一組反應(yīng)速率公式。這組反應(yīng)速率公式是一次冪的聯(lián)立微分方程。在各個反應(yīng)設(shè)備的邊界條件下解該聯(lián)立微分方程，就可得到反應(yīng)設(shè)備中的液化產(chǎn)物的產(chǎn)量。表1一次冪的聯(lián)立微分方程m1/dt=-(k33+k41+k81)m1m2/dt=-k32m2m3/dt=k311m1+k32m2-k43m3-k63m3-k73m3-k93m3-k103m3m4/dt=k41m1+k43m3-k54m4m5/dt=k54m3m6/dt=k63m3m7/dt=k73m3m8/dt=k81m1m9/dt=k93m3m10/dt=k103m3m11/dt=k113m3其中m1=[CA]m2=[CB]m3=[PAAO]m4=[O3]m5=[O2]m6=[O1]m7=[OG]m8=[IOG1]m9=[IOG2]m10=[IOG3]m11=[H]其中[M]是組分M的質(zhì)量流速(kg/h)除以煤的最初的質(zhì)量流速(kg/h干燥無灰基)得到的無量綱的組分比。表1所示的一次冪的聯(lián)立微分方程的邊界條件由液化反應(yīng)設(shè)備的類型、大小、溫度和壓力所決定。煤液化反應(yīng)設(shè)備的主要部分假定是所謂的“泡罩塔”類型的設(shè)備，在該設(shè)備中，氫氣在高溫高壓下吹入煤漿液中以在漿液中產(chǎn)生細(xì)胞。本發(fā)明人研究了已知的泡罩塔類型的煤液化反應(yīng)設(shè)備的操作條件發(fā)現(xiàn)大部分的反應(yīng)設(shè)備可認(rèn)為是反應(yīng)工程中稱為完全混合容器型反應(yīng)器的反應(yīng)器。因此，在本發(fā)明中，可在完全混合容器型的泡罩塔反應(yīng)器的邊界條件下解表1所示的一次冪的聯(lián)立微分方程。在完全混合容器型的反應(yīng)器里，反應(yīng)器里的溫度、壓力和組成是均一的。因此，反應(yīng)器里的組成與反應(yīng)器出口處排出物的組成是相同的。如果將第一個反應(yīng)器即第一個泡罩塔里的停留時間設(shè)為τ1，表1所示的一次冪的聯(lián)立微分方程可很容易地積分而給出表2的聯(lián)立方程。表2聯(lián)立方程m1,1-m1,0=(k31+k41+k81)m1,1SτnSm2,1-m2,0=k32m2-1SτnSm3,1-m3,0=(k31m1,1S+k32m2,1S)-(k43+k63+k73+k93+k103)m3,1SτnSm4,1-m4,0=(k43m1,1S+k43m3,1S-k54m4,1S)τnSm5,1-m5,0=k54m4,1SτnSm6,1-m6,0=k63m3,1SτnSm7,1-m7,0=k73m3,1SτnSm8,1-m8,0=k81m1,1SτnSm9,1-m9,0=k93m3,1SτnSm10,1-m10,0=k103m3,1SτnSm11,1-m11,0=k113m3,1SτnS其中mi,n-1表示組分i在第n個反應(yīng)器的進(jìn)口處的無量綱的組分比；mi,n表示組分i在第n個反應(yīng)器的出口處的無量綱的組分比；mi,nS表示組分i在漿液相里的無量綱的組分比；表2的每一個方程的右項是取漿液相里存在的量作為無量綱的組分比。這是因為進(jìn)行煤液化反應(yīng)需要催化劑。由于催化劑只存在于漿液相里，因此圖1所示的所有反應(yīng)都認(rèn)為是在漿液相里進(jìn)行的，而且認(rèn)為在氣相中不進(jìn)行反應(yīng)。同樣的原因，漿液相里的停留時間τ1S認(rèn)為是停留時間。表2所示的聯(lián)立方程中只有反應(yīng)速率常數(shù)kij和反應(yīng)器進(jìn)口處每種組分的組分比mi，0是已知的。另外，反應(yīng)器出口處每種組分的組分比mi,1，漿液里每種組分的組分比mi,1S及漿液相里的停留時間τ1S是未知的，但如果給出mi,1S，則從已知的經(jīng)驗公式可得到τ1S。如果給出mi,1，則從氣液平衡計算可得到mi,1S。結(jié)果，自身在表2所示的聯(lián)立方程式中，只有mi,1是真正的獨立變量。但是，因為氣液平衡關(guān)系式非常復(fù)雜，實際上把氣液平衡關(guān)系式代入表2所示的聯(lián)立方程以消掉mi,1S和τ1S是不可能的。在這種情況下，這個問題在本發(fā)明的方法中是作為一個優(yōu)化問題而解決的只要通過由設(shè)定目標(biāo)函數(shù)的數(shù)字分析方法而得的約束條件。具體來說，該問題歸結(jié)到得到變量向量X以使如下所示優(yōu)化問題的目標(biāo)函數(shù)F(X)最小化的問題[公式11]目標(biāo)函數(shù)F(X)約束條件C(X)=0G(X)≥0L≤X≤U更具體地說，如要找完全混合容器型的泡罩塔反應(yīng)器的液化產(chǎn)物的產(chǎn)量時，目標(biāo)函數(shù)和約束條件設(shè)定如下[公式12]最小化目標(biāo)函數(shù)F(Xi)=∑((mi,1)a-(mi,1)c)2約束條件(mi,1)a-(mi,1)c=0(mi,1)c≥0更具體地說，在本發(fā)明的方法中，首先假定mi,1的值，然后用假定的組成通過氣液平衡計算而得到mi,1S。接著，從經(jīng)驗公式計算氣體滯留以得到τ1S。然后，把這些mi,1S和τ1S值代入表2所示的聯(lián)立方程而計算出mi,1。在大多數(shù)情況下，首先假定的值(mi,1)a和計算出的值(mi,1)c并不吻合。因此，重新假定(mi,1)a再進(jìn)行計算以縮小假定值和計算值的差。重復(fù)進(jìn)行這種計算直到目標(biāo)函數(shù)最小化以得到反應(yīng)器出口處的組成mi,1。通過吹入氫氣到第二個泡罩塔而加入到mi,1得到的組成重新使mi,1構(gòu)成第二個反應(yīng)器即第二個泡罩塔進(jìn)口處的組成。然后，類似于在第一個塔中進(jìn)行的計算重復(fù)計算以得到第二個塔出口處的組成mi,2，同時可能得到τ2S和氣相停留時間τ2G。圖3示出了上述計算方法的順序。當(dāng)由高溫高壓下操作的容器塔反應(yīng)器的第N個容器中的每一種成分的排出量的實際測定值而估測煤液化反應(yīng)的反應(yīng)速率常數(shù)時其情況如何？當(dāng)N=1即mi,0和mi,1的值是已知的時，從氣液平衡計算可得到漿液相里每種組分的組成比mi,1S，以便確定漿液相里的停留時間τ1S。接著不用進(jìn)行重復(fù)計算就可得到反應(yīng)速率常數(shù)kij。當(dāng)N不小于2即N≥2但mi,n(1≤n≤N)未知時，不可能知道τnS。在這種情況下，這個問題是作為一個優(yōu)化問題而通過數(shù)字值分析方法解決的，只要由設(shè)定目標(biāo)函數(shù)而得的約束條件，這就象在完全混合容器型的泡罩塔反應(yīng)器里尋求液化產(chǎn)物的產(chǎn)量的情況一樣。再者，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)當(dāng)求得反應(yīng)速率常數(shù)時有兩個解決方法即直接法和間接法，這取決于目標(biāo)函數(shù)的取用方式。在間接法中，使要找的反應(yīng)速率常數(shù)間接成為一個操作變量，第N個泡罩塔反應(yīng)器出口處的流速mi,N的函數(shù)作為目標(biāo)函數(shù)。最小化目標(biāo)函數(shù)F(Xi(kij))=∑((mi,N(kij)o-(mi,N8kij))c)2約束條件(mi,N(kij))o-(mi,N(kij))c=0kij≥0在間接法中，用下述的計算方法得到反應(yīng)速率常數(shù)kij。第一步，假定kij的值是如已知的煤的反應(yīng)速率常數(shù)，二者有相似的性質(zhì)。用假定的值(kij)a連續(xù)計算第n個塔出口處的流速mi,n以最終得到第N個塔出口處的流速(mi,N)。在這種情況下，由于實際測定的第N個塔出口處的流速值(mi,N)o是已知的，所以將值(mi,N)o和計算出的值(mi,N)c相比，重新假定kij再進(jìn)行計算以使差值最小化。重復(fù)進(jìn)行這種計算循環(huán)直到目標(biāo)函數(shù)最小化以得到反應(yīng)速率常數(shù)kij。在間接法中，當(dāng)N等于2(N=2)時，該計算會迅速地收斂。但是，當(dāng)N不小于3時，局部最優(yōu)解的數(shù)很多，難以得到全面的最優(yōu)解。因此，當(dāng)N不小于3(N≥3)時，需要使用直接法。在直接法中，要找的反應(yīng)速率常數(shù)kij的函數(shù)作為目標(biāo)函數(shù)。最小化目標(biāo)函數(shù)F(kij)=∑((kij)a-(kij)c)2約束條件kij≥0在直接法中，用下述的計算方法得到反應(yīng)速率常數(shù)kij。第一步，假定kij的值是已知的煤的反應(yīng)速率常數(shù)，二者有相似的性質(zhì)。用假定的值(kij)a連續(xù)計算第n個塔出口處的流速以得到mi,N-1。在這種情況下，由于第N個塔的情況與當(dāng)N=1時的情況相同，所以可以得到反應(yīng)速率常數(shù)(kij)c。由(kij)c和(kij)a可計算出F(kij)，重復(fù)進(jìn)行這種計算直到目標(biāo)函數(shù)最小化以得到反應(yīng)速率常數(shù)kii。本發(fā)明人經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)反應(yīng)速率常數(shù)K32、K43、K54、K63和K10取決于干基煤中的氫碳比(H/C)與干基煤中的揮發(fā)成分(VM)的乘積{(H/C)×(VM))}。還發(fā)現(xiàn)圖1中的K73取決于揮發(fā)成分VM與干基煤中氧含量的差值(VM-O)和上述H/C的乘積{(H/C)×(VM-O)}，圖1中的K103和K81兩者取決于H/C和干基煤中氧含量(O)的乘積{(H/C)×O}，而圖1中的K93取決于干基煤中氮含量與硫含量的和(N+S)。在這種情況下，用上述計算方法得到用于多種煤化度(碳含量)不同的多種煤的反應(yīng)速率常數(shù)kij以確定反應(yīng)速率常數(shù)kij和上述煤中組分的關(guān)系式，而這樣就可以用煤的組分作為一個參數(shù)以一個關(guān)系式(函數(shù)關(guān)系式)來表示反應(yīng)速率常數(shù)。結(jié)果，當(dāng)不同種類的煤液化時，通過分析煤的組分并將分析值代入該關(guān)系式可很容易地得到煤液化過程中的反應(yīng)速率常數(shù)。這樣就不需要進(jìn)行小型工廠或中間工廠的連續(xù)的示范性操作，這就可能大大節(jié)省研究煤液化方法所需的費用和時間。這也有可能研究如選擇原料煤的種類、反應(yīng)溫度、反應(yīng)壓力和反應(yīng)時間的操作條件，以此使得反應(yīng)器(反應(yīng)容器)形狀的最優(yōu)化成為可能。現(xiàn)在參照下面的實施例詳細(xì)描述本發(fā)明的計算方法。(實施例1)現(xiàn)在用本發(fā)明的程序例示由三個順序相連的泡罩塔所組成的煤液化反應(yīng)器出口處的流速的估測方法。在這個實施例中所用的反應(yīng)溫度下原料煤A的kij值和[CA]、[CB]和[CI]值是通過試驗而得到。表3和4示出了泡罩塔的尺寸、反應(yīng)溫度、反應(yīng)壓力及每種組分在第一個塔進(jìn)口處的流速mi,0。表3泡罩塔出口處流速的估測結(jié)果(小量的氫氣吹入量)表4泡罩塔出口處流速的估測結(jié)果(大量的氫氣吹入量)<tablesid="table2"num="002"><table>第一個塔第二個塔第三個塔反應(yīng)器內(nèi)徑cm反應(yīng)器的有效長度cm反應(yīng)器的內(nèi)部體積L氣體空速cm/s漿液空速cm/s氣體滯留值-漿液停留時間sec反應(yīng)器溫度℃反應(yīng)器壓力kg/cm2吹入的氫氣量kg/h100.01100.08640.06.40.450.4101449450171138.6100.01100.08640.08.81.120.534458450171346.5100.01100.08640.09.50.170.565281645217134.0流速kg/h出口總量出口總量出口漿液相出口總量出口漿液相出口總量出口漿液相CPAAOO3O2O1OG1OG11OG21OG3H5106.3850.04665.34554.9293.2949.0446.8246.80.0683.9937.62786.45253.94871.7936.71487.1772.7485.745.0699.7937.22786.43528.41885.7205.658.916.21.71.79.9308.22093.35391.95140.61478.52296.11061.0676.980.794.91308.22093.32840.11321.9198.451.712.51.41.77.590.21292.65452.55396.22178.83619.51503.2827.1108.8906.390.21292.62102.5932.4194.559.013.11.11.75.4</table></tables>進(jìn)行氣液平衡計算時，混合物的每一種O1、O2和O3都作為烴化合物處理，具有表5示出的其代表性的沸點Tb、密度ρI和平均分子量Wi。表5用RKS法計算氣液平衡。表3示出了每一個反應(yīng)塔出口處的漿液相的流速Mi,kS的值。由Mi,kS及漿液相在反應(yīng)器內(nèi)所占的體積Vs可計算出漿液相停留時間τnS。τnS=Vs/∑(Mi,kS/σI)=VR(1-εg)/∑(Mi,kS/σI)其中VR表示第一個泡罩塔的全部反應(yīng)體積，εg表示氣相在全部反應(yīng)體積中所占的比例即所謂的氣體滯留值。提出了不同的經(jīng)驗公式作為估測εg的方法。在這個實施例中所用的是公式25所示公式的修正的NEDOL公式。εg=0.195UG0.8Dt-0.3其中UG=氣體空速(cm/sec)Dt=塔的直徑(cm)表3包括當(dāng)氫氣以60kg/h的速率吹入第一塔、以130kg/h的速率吹入第二塔、以5kg/h的速率吹入第三塔的情況。在第二塔和第三塔的每一個中，所有的油組分O1到O3轉(zhuǎn)入氣相以進(jìn)入所謂的“干枯”狀態(tài)。這種狀態(tài)下，反應(yīng)器內(nèi)會形成結(jié)焦，因此這種特殊狀態(tài)是非常不希望看到的。所以，如表4所示把氫氣吹入量加大為以138kg/h的速率吹入第一塔、以346kg/h的速率吹入第二塔、以34kg/h的速率吹入第三塔。結(jié)果在所有這此塔中都得到了合適的漿液流速。另外，任一τn,S都在1小時以內(nèi)。(實施例2)用本發(fā)明的程序基于由三個順序相連的泡罩塔所組成的煤液化反應(yīng)器出口處流速的實際測定值計算反應(yīng)速率常數(shù)。通過分別進(jìn)行的試驗得到原料煤的[CA]、[CB]和[CI]值。在煤液化反應(yīng)器的前段還設(shè)置一個漿液預(yù)熱器，用于在漿液進(jìn)入第一反應(yīng)塔前把煤漿液加熱到接近反應(yīng)溫度的溫度。在這個預(yù)熱階段CA轉(zhuǎn)化成液化產(chǎn)物的反應(yīng)即三個路線為、、的反應(yīng)就基本完成，因此，在分析反應(yīng)速率時忽略這些反應(yīng)。結(jié)果由反應(yīng)速率的分析就得不到K31、K41和K81的值。表6示出了由反應(yīng)速率的分析得到的煤B的反應(yīng)速率常數(shù)。另一方面，表7示出了在反應(yīng)速率的分析中所用的實際測定值和用表6所示的反應(yīng)速率常數(shù)得到的每一個泡罩塔的出口處的流速。表6煤B在450℃時的反應(yīng)速率常數(shù)表7泡罩塔出口處流速的估測結(jié)果(驗證反應(yīng)速率常數(shù))在表7中，斜體數(shù)字表示實際測定值。估測值和試驗值在第三個塔的出口處的流速中能相互很好地吻合，這證明了表6所示的反應(yīng)速率常數(shù)高置信度地再生了煤B的液化性能。(實施例3)在表1所示的反應(yīng)速率常數(shù)中，用上述直接法的計算方法得到反應(yīng)速率常數(shù)K32、K43、K54、K63、K73、K103、K93、K81和K10，它是基于用由三個順序相連的泡罩塔(反應(yīng)容器)組成的反應(yīng)器而在圖1中所示的反應(yīng)模型對一種褐煤的Adaro煤、一種高煤化度的次煙煤的Tanitohalm煤和一種煙煤的Ikeshima煤進(jìn)行計算而得到的。表8示出了Adaro煤、Tanitohalm煤和Ikeshima煤中每一種組分的分析值、利用上述的反應(yīng)模型和用液化反應(yīng)處理得到的實際測定的組分值而進(jìn)行計算得到的反應(yīng)速率常數(shù)。表8表8第一欄中的“VM”表示干基煤中所含的無量綱的揮發(fā)成分的比例。同樣，“FC”表示非揮發(fā)性的碳的比例。這些比例是用于工業(yè)分析測定的。另外，第二欄中的C、H、N、O、S表示干基煤中所含的碳、氫、氮、硫和氧的重量比(無量綱)。這些重量比是用元素分析測定的。另外，表8的第三欄給出了由第一欄和第二欄所給出的值所確定的用于計算反應(yīng)速率常數(shù)的參數(shù)。順便提一下，“H/C”表示干基煤中氫原子和碳原子的比。把第二欄中的C值除以12就得到了碳原子的值。分別對應(yīng)于圖1所示的CA、CB、CI和PAAO的第四欄中的CA、CB、CI和PAAO的值是通過試驗得到的。另外，表8的第五欄示出了用上述反應(yīng)模型進(jìn)行理論模擬而得到的反應(yīng)速率常數(shù)。在這些反應(yīng)速率常數(shù)中，K32、K43、K54、K63和K10畫在圖4的坐標(biāo)上，其中(H/C)×VM畫在橫坐標(biāo)上，反應(yīng)速率常數(shù)k以其對數(shù)值畫在縱坐標(biāo)上?；谶@些畫出的點得到的反映K32、K43、K54、K63、K10和(H/C)×VM關(guān)系的直線的公式在下面給出[公式17]K32=K320×10A32{(H/C)×VM}+B32[公式18]K43=K430×10A43{(H/C)×VM}+B43[公式19]K54=K540×10A54{(H/C)×VM}+B54[公式20]K63=K630×10A63{(H/C)×VM}+B63[公式2出]K10=K100×10A10{(H/C)×VM}+B10其中An表示直線的斜率，Bn表示(H/C)×VM=0時越過縱坐標(biāo)時的截距。但是在本實施例中，通過利用把在圖4所示的Tanitohalm煤的(H/C)×VM值所對應(yīng)的縱坐標(biāo)與直線Kn的交叉點的反應(yīng)速率常數(shù)作為Kno而得到Bn。這也適用于下述的獲得其它的反應(yīng)速率常數(shù)的公式。這樣得到的K32、K43、K54、K63和K10的公式如下所示[公式22]K32=0.00070×10-6.0{(H/C)×VM}+2.75K43=0.00077×1010.5{(H/C)×VM}-4.82[公式24]K54=0.000066×1012.3{(H/C)×VM}-5.65[公式25]K63=0.00014×107.17{(H/C)×VM}-3.29[公式26]K10=0.000026×104.88{(H/C)×VM}-2.24表8中所示的K73也可如所示畫在圖5的坐標(biāo)圖上，其中(H/C)×(VM-O)畫在橫坐標(biāo)上，反應(yīng)速率常數(shù)以其對數(shù)值畫在縱坐標(biāo)上。從圖5可得到的K73和(H/C)×(VM-O)的關(guān)系式在下面給出[公式27]K73=K730×10A73{(H/C)×(VM-O)}+B73其中A73表示直線的斜率，B73表示越過縱坐標(biāo)的截距。把直線K73上Tanitohalm煤的值代入系數(shù)K730得到B73的值。得到的公式如下所示[公式28]K73=0.000078×10-2.82{(H/C)×(VM-O)}+0.871另外，K103和K81示于圖6的坐標(biāo)圖上，其中(H/C)×O畫在橫坐標(biāo)上，反應(yīng)速率常數(shù)以其對數(shù)值畫在縱坐標(biāo)上。如上所述得到的直線K103和K81的公式在下面給出[公式29]K103=K1030×10A103{(H/C)×O}+B103[公式30]K81=K810×10A81{(H/C)×O}+B81同樣，得出下面的值[公式31]K103=0.000048×104.20{(H/C)×O}-0.630[公式32]K81=0.000058×108.0(H/C)×O}-120同樣，表8中的K93可表達(dá)在圖7所示的坐標(biāo)上，其中N+S畫在橫坐標(biāo)上，反應(yīng)速率常數(shù)以其對數(shù)值畫在縱坐標(biāo)上。因此可得到下面給出的關(guān)系式[公式33]K93=K930×10A93(N+S)+B93也可得到[公式34]K93=0.0000072×1014.4(N+S)-0.288表9示出了分析得到的且已示于表8第5欄中的反應(yīng)速率常數(shù)K32、K43、K54、K63、K73、K103、K93、K81和K10并和將表8第3欄中所示的參數(shù)代入得到的用于計算反應(yīng)速率常數(shù)的關(guān)系式中而得到的反應(yīng)速率常數(shù)(關(guān)系式的計算值)相比。反應(yīng)速率常數(shù)的分析值和計算值有一些不同。但是，這種差別不存在實際問題。表9然后，對煤液化反應(yīng)進(jìn)行模擬分析，它是將通過用計算上述的關(guān)系式得到的表9右欄所示的反應(yīng)速率常數(shù)用在由三個順序相連的泡罩塔組成的煤液化反應(yīng)器中對于Adaro煤、Tanitohalm煤和Ikeshima煤的每一種的示于圖1的反應(yīng)模型中以估測最終產(chǎn)物并將估測的最終產(chǎn)物和實際得到的最終產(chǎn)物的測定值相比。但是，應(yīng)當(dāng)注意的是在上述的實施例中忽略了圖1所示的和的反應(yīng)。另外，所用的漿液是將細(xì)粉碎的煤分散在如四氫萘的烴溶劑中而制備的，其中煤的含量是45wt％，作為催化劑的天然珍珠巖的含量是3wt％。表10示出了用于液化Adaro煤的反應(yīng)器(反應(yīng)容器)的尺寸、分析的反應(yīng)時間、焓差、熱消耗量等。另外，表11到13示出了對于Adaro煤來說反應(yīng)器進(jìn)口處(第一個塔進(jìn)口)每一種組分的估測值、第一塔出口處每一種組分的估測值和第二塔出口處每一種組分的估測值。表14示出了對于Adaro煤來說第三塔出口處排出物中每一種組分的估測值和實際測定值。另外，圖8示出了對于Adaro煤來說每一個反應(yīng)塔的排出物(產(chǎn)品產(chǎn)量)的分析值和第三塔出口處的實際測定值。表10Adaro煤表11第一塔進(jìn)口處的估測值(Adaro煤)<tablesid="table9"num="009"><table>第一塔進(jìn)口處的估測值總的流入物蒸汽流速漿液流速溫度℃壓力Kg/cm2A390.00172.43390.00172.43390.00172.43(kg/hr)煤的流速(CA+CB+CI)1864.40-1864.40PAAOP2337.80-2337.80350～538油033441.20267.923173.27220～350油024248.901668.422580.48C4～220油O1272.30204.1668.14C1～C3烴OG860.80832.9627.83CO+C02IOG11021.50999.6021.90H20IOG2326.60324.332.27H2S+NH3IOG353.7051.472.23氮氣53.5052.720.78氫氣H702.70694.498.21催化劑+灰分243.900.00243.90反應(yīng)物總量M15427.305096.0810331.21反應(yīng)物的體積流速V(L/hr)165952.11153959.9011992.21(kmol/hr)煤的流速C---PAAO---350～538油0313.751.0712.68220～350油0222.288.7513.53C4～220油O12.992.430.55C1～C3烴OG36.9835.921.06CO+C02IOG128.1927.620.57H20IOG218.1318.000.13H2S+NH3IOG31.581.510.07氮氣1.911.880.03氫氣H348.58344.514.07催化劑+灰分---反應(yīng)物總量M474.39441.7032.68焓kcal/hr-1248300焓(煤+PAA)kcal/hr-1978800總焓kcal/hr-3227100</table></tables>表12第一塔出口處的估測值(Adaro煤)<tablesid="table10"num="010"><table>第一塔出口處的估測值總的流出物蒸汽流速漿液流速冷凝氣溫度℃壓力Kg/cm2A448.40172.03448.40172.03448.40172.0332.90174.00(kg/hr)煤的流速(CA+CB+CI)PAAOP350～538油O3220～350油O2C4～220油O1C1～C3烴OGCO+CO2IOG1H2OIOG2H2S+NH3IOG3氮氣氫氣H催化劑+灰分反應(yīng)物總量M反應(yīng)物的體積流速V(L/hr)612.472361.923486.284359.84817.031168.911135.64563.6177.4656.00660.75243.9015543.80187490.01--1242.563173.95730.861147.311120.83562.3675.7055.45655.330.008764.35179243.80612.472361.922243.721185.8986.1721.6014.811.251.750.555.42243.906779.458246.210.000.000.000.006.0040.0029.100.002.502.5036.400.00116.503414.00(kmol/hr)煤的流速CPAAOP350～538油O3220～350油O2C4～220油O1C1～C3烴OGCO+CO2IOG1H2OIOG2H2S+NH3IOG3氮氣氫氣H催化劑+灰分反應(yīng)物總量M--13.9322.868.7949.2731.4531.282.582.00327.77-489.94--4.9616.648.0848.4431.0631.222.531.98325.09-469.99--8.966.220.710.830.390.070.060.022.69-19.94--0.000.000.101.720.770.000.070.0918.06-20.82焓kcal/hr焓(煤+PAA)kcal/hr總焓kcal/hr-1818100-621720-2439820-875610-87561</table></tables>表13第二塔出口處的估測值(Adaro煤)<tablesid="table11"num="011"><table>第一塔出口處的估測值總的流出物蒸汽流速漿液流速冷凝氣溫度℃壓力Kg/cm2A458.10171.63458.10171.63458.10171.6332.90174.00(kg/hr)煤的流速(CA+CB+C1)PAAOP350～538油O3220～350油O2C4～220油O1C1～C3烴OGCO+CO2IOG1H2OIOG2H2S+NH3IOG3氮氣氫氣H催化劑+灰分反應(yīng)物總量M反應(yīng)物的體積流速V(L/hr)165.261693.823531.544462.701345.901541.451251.91788.62105.0463.40684.87243.9015878.40209454.66--1960.013773.491267.021524.521242.08787.71103.6463.02681.400.0011402.89203934.70165.261693.821571.53689.2178.8816.929.830.911.400.383.47243.904475.515519.960.000.000.000.0017.40118.0085.900.007.407.4098.500.00334.609341.19(kmol/hr)煤的流速CPAAOP350～538油O3220～350油O2C4～220油O1C1～C3烴OGCO+CO2IOG1H2OIOG2H2S+NH3IOG3氮氣氫氣H催化劑+灰分反應(yīng)物總量M--14.1123.4014.5064.3834.6243.773.692.26339.74-540.47--7.8319.7913.8463.7334.3643.723.642.25338.02-527.18--6.283.610.650.650.260.050.050.011.72-13.28--0.000.000.305.072.280.000.220.2648.86-57.00焓kcal/hr焓(煤+PAA)kcal/hr總焓kcal/hr-2790200-180360-2970560-2586900-258690</table></tables>表14第三塔出口處的估測值和實際測定值(Adaro煤)<tablesid="table12"num="012"><table>第一塔出口處估測值測定值總的流出物蒸汽流速漿液流速冷凝氣總的流出物溫度℃壓力Kg/cm2A458.20171.13458.20171.13458.20171.1332.90174.00(kg/hr)煤的流速(CA+CB+CI)PAAO350～538油O3220～350油O2C4～220油O1C1-C3烴OGCO+CO2IOG1H2OIOG2H2S+NH3IOG3氮氣氫氣H催化劑+灰分反應(yīng)物總量M反應(yīng)物的體積流速V(L/hr)36.45987.683539.024568.021743.991793.881303.26959.97124.1067.10678.12243.9016045.50218278.54--2307.044058.351670.251779.361295.68959.16122.8966.80675.560.0012935.09214279.0036.45987.681231.98509.6773.7414.537.580.811.210.302.56243.903110.413999.540.000.000.000.008.6058.6042.600.003.703.7049.900.00167.104719.5353.301066.503561.304548.401791.601792.801276.60878.40122.5067.10643.30243.9016045.700.00(kmol/hr)煤的流速CPAAOP350～538油O3220～350油O2C4～220油O1C1～C3烴OGCO+CO2IOG1H2OIOG2H2S+NH3IOG3氮氣氫氣H催化劑+灰分反應(yīng)物總量M--14.1423.9518.7674.5436.0053.294.482.40336.39-563.94--9.2221.2818.1573.9835.8053.244.432.38335.12-553.62--4.922.670.610.550.200.040.040.011.27-10.33--0.000.000.152.521.130.000.110.1324.7528.79焓kcal/hr焓(煤+PAA)kcal/hr總焓kcal/hr-3576200-59153-3635353-1282700-128270</table></tables>表15示出了用于液化Tanitohalm煤的反應(yīng)塔的尺寸、分析的反應(yīng)時間、焓差、熱消耗量等。表16到19示出了對于Tanitohalm煤來說第一個塔進(jìn)口處每一種組分的估測值、第一塔出口處每一種組分的估測值、第二塔出口處每一種組分的估測值及第三塔出口處每一種組分的估測值和實際值。另外，圖9示出了所有三個塔中形成的產(chǎn)物分析值和第三塔出口處形成的產(chǎn)物的實際測定值。表15Tanitohalm煤表16第一塔進(jìn)口處的估測值(Tanitohalm煤)<tablesid="table14"num="014"><table>第一塔進(jìn)口處的估測值總的流入物蒸汽流速漿液流速溫度℃壓力Kg/cm2A403.40172.23403.40172.23403.40172.23(kg/hr)煤的流速(CA+CB+CI)PAAOP350～538油O3220～350油O2C4～220油O1C1～C3烴OGCO+CO2IOG1H2OIOG2H2S+NH3IOG3氮氣氫氣H催化劑+灰分反應(yīng)物總量M反應(yīng)物的體積流速V(L/hr)2113.602924.104574.705319.20289.00911.10708.60256.3049.406.60677.20445.6018275.40164676.29--287.251995.55199.08870.09686.92254.1146.586.45665.130.005011.17148786.502113.602924.104287.453323.6489.9241.0121.682.192.820.1512.07445.6013264.2215889.79(kmol/hr)煤的流速CPAAOP350～538油O3220～350油O2C4～220油O1C1～C3烴OGCO+CO2IOG1H2OIOG2H2S+NH3IOG3氮氣氫氣H催化劑+灰分反應(yīng)物總量M--17.3728.162.9840.0319.8314.231.450.24335.93-460.22--1.0910.562.2738.4219.2614.111.370.23329.95-417.25--16.2817.600.711.610.570.120.080.015.99-2.97焓kcal/hr焓(煤+PAA)kcal/hr總焓kcal/hr-183550-1572500-1756050</table></tables>表17第一塔出口處的估測值(Tanitohalm煤)表18第二塔出口處的估測值(Adaro煤)表19第三塔出口處的估測值和實際測定(Tanitohalm煤)表20示出了用于液化Ikeshima煤的反應(yīng)塔的尺寸、分析的反應(yīng)時間、焓差、熱消耗量等。表21到24示出了對于Ikeshima煤來說第一塔進(jìn)口處每一種組分的估測值、第一塔出口處每一種組分的估測值、第二塔出口處每一種組分的估測值及第三塔出口處每一種組分的估測值和實際測定值。另外，圖10示出了所有三個塔中形成的產(chǎn)物的分析值和第三塔出口處形成的產(chǎn)物的實際測定值。表20Ikeshima煤<tablesid="table18"num="018"><table>第一塔第二塔第三塔反應(yīng)塔L/D反應(yīng)塔內(nèi)徑D(cm)反應(yīng)塔的有效長度L(cm)反應(yīng)塔的內(nèi)部體積(L)氣體空速(cm/s)液體空速(cm/s)混合擴(kuò)散系數(shù)(cm2/s)披克勒數(shù)氣體滯留Eg11.300100.0001130.0008875.0005.2980.3652809.2870.1470.45011.300100.0001130.0008875.0005.5010.3192841.2400.1270.46611.300100.0001130.0008875.0005.3650.2992819.9780.1200.458反應(yīng)時間(s)焓差(kcal/hr)熱消耗量(kcal/hr)1703.026-241892622191890.594-365095595492044.300-44225457122總的反應(yīng)時間(s)總的焓差(kcal/hr)總的熱消耗量(kcal/hr)5638-1049240178890</table></tables>表21第一塔進(jìn)口處的估測值(Ikeshima煤)<tablesid="table19"num="019"><table>第一塔進(jìn)口處的估測值總的流入物蒸汽流速漿液流速溫度℃壓力Kg/cm2A420.60172.33420.60172.33420.60172.33(kg/hr)煤的流速(CA+CB+CI)PAAO350～538油O3220～350油O2C4～220油O1C1～C3烴OGCO+CO2IOG1H2OIOG2H2S+NH3IOG3氮氣氫氣H催化劑+灰分反應(yīng)物總量M反應(yīng)物的體積流速V(L/hr)1787.302114.503292.604708.00182.80988.00165.5061.40111.6052.00673.30616.6014753.60158448.71--410.612244.63150.92953.94161.5861.06106.7051.07663.510.004804.02146731.001787.302114.502881.992463.3731.8834.063.920.344.900.939.79616.609949.5811717.71(kmol/hr)煤的流速CPAAO350～538油O3220～350油O2C4～220油O1C1～C3烴OGCO+CO2IOG1H2OIOG2H2S+NH3IOG3氮氣氫氣H催化劑+灰分反應(yīng)物總量M--12.9424.452.3544.544.733.413.271.86334.00-431.55--1.6111.662.0643.164.623.393.131.82329.14-400.60--11.3212.790.291.380.110.020.140.034.86-30.94焓kcal/hr焓(煤+PAA)kcal/hr總焓kcal/hr1075800-172490903310</table></tables>表22第一塔出口處的估測值(Ikeshima煤)<tablesid="table20"num="020"><table>第一塔出口處的估測值總的流入物蒸汽流速漿液流速冷凝氣溫度℃壓力Kg/cm2A445.10171.93445.10171.93445.10171.9329.40174.00(kg/hr)煤的流速(CA+CB+CI)PAAO350～538油O3220～350油O2C4～220油O1C1～C3烴OGCO+CO2IOG1H2OIOG2H2S+NH3IOG3氮氣氫氣H催化劑+灰分反應(yīng)物總量M反應(yīng)物的體積流速V(L/hr)566.882534.103326.724792.73597.681160.23181.73169.51152.1252.00608.49616.6014758.80160105.70--790.952938.45497.191125.07177.84168.89146.4451.13599.980.006495.94149796.00566.882534.102535.771854.28100.4935.173.880.625.680.878.51616.608262.8610309.700.000.000.000.000.000.400.000.000.000.004.800.005.20389.81(kmol/hr)煤的流速CPAAO350～538油O3220～350油O2C4～220油O1C1～C3烴OGCO+CO2IOG1H2OIOG2H2S+NH3IOG3氮氣氫氣H催化劑+灰分反應(yīng)物總量M--13.0724.896.4251.335.209.415.061.86301.85-419.09--3.1115.265.6149.925.109.374.871.83297.63-392.69--9.969.630.811.420.110.030.190.034.22-26.40--0.000.000.000.020.000.000.000.002.38-2.40焓kcal/hr焓(煤+PAA)kcal/hr總焓kcal/hr758252-96995661258-1600-160</table></tables>表23第二塔出口處的估測值(Ikeshima煤)表24第三塔出口處的估測值和實際測定值(Ikeshima煤)試驗數(shù)據(jù)證明根據(jù)圖l所示的反應(yīng)模型并利用上述的關(guān)系式所得到的反應(yīng)速率常數(shù)來分析液化反應(yīng)而使估測的反應(yīng)產(chǎn)物與實際測定值非常接近是可能的。工業(yè)應(yīng)用從以上描述可以明顯看出，本發(fā)明的估測方法適用于當(dāng)需要確切并容易地估測煤液化反應(yīng)器中每種組分排出時的流速時，可用在基于實際測定值而計算反應(yīng)速率常數(shù)從而使其有可能對煤液化反應(yīng)器進(jìn)行模擬，因此，是適用于不同的對可行性研究和操作控制的估測上。另外，根據(jù)本發(fā)明，將煤組分作為變量利用函數(shù)公式計算可得到反應(yīng)速率常數(shù)。因此，當(dāng)任選的煤化度不同的煤液化時，把煤的組分代入函數(shù)公式中可很容易地得到特定煤的反應(yīng)速率常數(shù)。這就不需要利用一個小型工廠或中間工廠進(jìn)行連續(xù)的示范性性操作，這在過去對于每一種煤種都是需要的，這就可能大大節(jié)省開展煤液化技術(shù)所需的金錢和時間。本發(fā)明的估測方法使得研究如原料煤種類選擇、反應(yīng)溫度、反應(yīng)壓力和反應(yīng)時間的操作條件成為可能，以此可設(shè)計反應(yīng)器(反應(yīng)容器)的最優(yōu)化形狀。權(quán)利要求1．一種估測在其中把氫氣吹入煤漿液進(jìn)行液化反應(yīng)的反應(yīng)容器的出口處的排出物中每一種成分的排出量的方法，包括如下步驟通過假定排出物中每一種成分的排出量而計算每一種氣相和液相在反應(yīng)容器里的反應(yīng)容器停留時間；基于反應(yīng)容器停留時間、流入反應(yīng)器的每一種成分的流入量及從預(yù)定的煤液化反應(yīng)模型得到的主要不可逆反應(yīng)的速率公式以計算排出物中每一種成分的排出量；重復(fù)計算直到每一種成分的假定排出量與計算得到的每一種成分的排出量在預(yù)定的誤差范圍內(nèi)相吻合以確定每一種成分的排出量的估測值。2．一種估測從由高溫高壓下操作的容器式反應(yīng)器所形成的煤液化反應(yīng)器中排出物的每一種成分的排出量的方法，包括如下步驟假定排出物的每一種成分的排出量以計算組合物的混合物在反應(yīng)容器中的氣液平衡組成；進(jìn)一步計算反應(yīng)容器中氣相和液相的體積流速；基于由體積流速和經(jīng)驗公式計算出的氣體在反應(yīng)容器中的滯留值而計算出氣相和液相在反應(yīng)容器中的停留時間；基于由反應(yīng)容器中的停留時間得出的主要是不可逆反應(yīng)的速率公式，流入反應(yīng)器的每一種成分的流入量及特定煤的液化反應(yīng)模型而計算出排出物的每一種成分的排出量；將最初假定的每一種成分的排出量與計算得到的每一種成分的排出量相比；重復(fù)系列計算直到每一種成分的這兩個排出量在預(yù)定的誤差范圍內(nèi)相吻合。3．一種基于從由N個容器組成的高溫高壓下操作的容器塔反應(yīng)器的第N個容器中排出的每一種成分的排出量的實際測定值估測煤液化反應(yīng)的反應(yīng)速率常數(shù)的方法，包括如下步驟假定一個反應(yīng)速率常數(shù)；用假定的反應(yīng)速率常數(shù)連續(xù)計算每一個容器的排出物中每一種成分的排出量直到第N個容器；將第N個容器中的每一種成分的排出量的計算值與實際測定值相比；重復(fù)系列計算直到每一種成分的這兩組排出量在預(yù)定的誤差范圍內(nèi)相吻合。4．一種基于從由N個容器組成的高溫高壓下操作的容器塔反應(yīng)器的第N個容器中排出的每一種成分的排出量的實際測定值估測煤液化反應(yīng)的反應(yīng)速率常數(shù)的方法，包括如下步驟假定一個反應(yīng)速率常數(shù)；用假定的反應(yīng)速率常數(shù)連續(xù)計算每一個容器的排出物中每一種成分的排出量直到第N-1個容器；基于第N-1個容器中排出的每一種成分的排出量和第N個容器中排出的每一種成分的排出重新計算反應(yīng)速率常數(shù)；將最初假定的反應(yīng)速率常數(shù)和通過計算重新得到的反應(yīng)速率常數(shù)相比；重復(fù)系列計算直到這兩組反應(yīng)速率常數(shù)中的每一個反應(yīng)速率常數(shù)都在預(yù)定的誤差范圍內(nèi)相吻合。5．根據(jù)權(quán)利要求1或2的一種估測從由高溫高壓下操作的泡罩塔反應(yīng)器組成的煤液化反應(yīng)器的排出物中每一種成分的排出量的方法，其中所用的主要不可逆反應(yīng)的速率公式是從下面的反應(yīng)模型得出的不包括水和灰分的煤分成三種組分一種組分有高的液化反應(yīng)性，一種組分有低的液化反應(yīng)性，第三種組分極不可能液化；液化油和固體液化產(chǎn)物分成四種組分一種液化油組分有低沸點，一種液化油組分有中沸點，一種液化油組分有高沸點，還有含有液化油的瀝青質(zhì)；其它的液化產(chǎn)物分成四種組分，即低級烴氣體、，一氧化碳和二氧化碳?xì)怏w，水，硫化氫和氨氣；煤是在由煤的三種組分、液化油和固體液化產(chǎn)物的四種組分、其它液化產(chǎn)物的四種組分和氫氣組成的12種組分中沿著主要不可逆反應(yīng)的連串反應(yīng)和平行反應(yīng)相結(jié)合的反應(yīng)路線分解成液化產(chǎn)物，液化產(chǎn)物再進(jìn)一步部分地分解成有較小分子量的其它液化產(chǎn)物。6．權(quán)利要求3或4的一種基于從由N個容器組成的高溫高壓下操作的容器塔反應(yīng)器的第N個容器中排出的每一種成分的排出量的實際測定值估測煤液化反應(yīng)的反應(yīng)速率常數(shù)的方法，其中所用的主要不可逆反應(yīng)的速率公式是從下面的反應(yīng)模型得出的不包括水和灰分的煤分成三種組分，一種組分有高的液化反應(yīng)性，一種組分有低的液化反應(yīng)性，第三種組分極不可能液化；液化油和固體液化產(chǎn)物分成四種組分，一種液化油組分有低沸點，一種液化油組分有中沸點，一種液化油組分有高沸點，還有含有液化油的瀝青質(zhì)；其它的液化產(chǎn)物分成四種組分，即低級烴氣體，一氧化碳和二氧化碳?xì)怏w，水，硫化氫和氨氣；煤是在由煤的三種組分、液化油和固體液化產(chǎn)物的四種組分、氣體液化產(chǎn)物的四種組分和氫氣組成的12種組分中沿著主要不可逆反應(yīng)的連串反應(yīng)和平行反應(yīng)相結(jié)合的反應(yīng)路線分解成液化產(chǎn)物，液化產(chǎn)物再進(jìn)一步部分地分解成有較小分子量的其它液化產(chǎn)物。7．一種從由高溫高壓下操作的泡罩塔反應(yīng)器組成的煤液化反應(yīng)器的排出物中估測每一種成分的排出量的方法，其中，液化油或固體液化產(chǎn)物分成四種組分一種液化油組分有低沸點，一種液化油組分有中沸點，一種液化油組分有高沸點，還有含有液化油的瀝青質(zhì)，并且其它的液化產(chǎn)物分成四種組分，即低級烴氣體的一組，由一氧化碳和二氧化碳?xì)怏w組成的一組，只由水組成的一組，由硫化氫和氨氣組成的一組，有1-3個碳原子的烴化合物的組劃分為低級烴氣體，常壓下沸點不高于220℃且不包括低級烴氣體的液化油劃分為有低沸點的液化油組分，常壓下沸點不低于220℃且低于350℃的液化油劃分為有中沸點的液化油組分，常壓下沸點不低于350℃且低于538℃的液化油劃分為有高沸點的液化油組分，常壓下沸點不低于538℃的液化油和能溶于四氫呋喃的固體成分劃分為瀝青質(zhì)。8．根據(jù)權(quán)利要求5的一種基于從由N個容器組成的高溫高壓下操作的容器塔反應(yīng)器的第N個容器中排出的每一種成分的排出量的實際測定值估測煤液化反應(yīng)的反應(yīng)速率常數(shù)的方法，其中液化油或固體液化產(chǎn)物分成四種組分一種液化油組分有低沸點，一種液化油組分有中沸點，一種液化油組分有高沸點，還有含有液化油的瀝青質(zhì)，并且其它的液化產(chǎn)物分成四種組分，即低級烴氣體的一組，由一氧化碳和二氧化碳?xì)怏w組成的一組，只由水組成的一組，由硫化氫和氨氣組成的一組，有1-3個碳原子的烴化合物的組劃分為低級烴氣體，常壓下沸點不高于220℃且不包括低級烴氣體的液化油劃分為有低沸點的液化油組分，常壓下沸點不低于220℃且低于350℃的液化油劃分為有中沸點的液化油組分，常壓下沸點不低于350℃且低于538℃的液化油劃分為有高沸點的液化油組分，常壓下沸點不低于538℃的液化油和能溶于四氫呋喃的固體成分劃分為瀝青質(zhì)。9．根據(jù)權(quán)利要求5的一種估測從由高溫高壓下操作的泡罩塔反應(yīng)器組成的煤液化反應(yīng)器的排出物中每一種成分的排出量的方法，其中，不包括灰分的煤分成三種組分一種組分有高的液化反應(yīng)性，一種組分有低的液化反應(yīng)性，第三種組分極不可能液化，在450℃煤轉(zhuǎn)化成液化產(chǎn)物的反應(yīng)中主要不可逆反應(yīng)的速率常數(shù)至少是0.5/min的煤的組分劃分為有高的液化反應(yīng)性的組分，主要不可逆反應(yīng)的速率常數(shù)小于0.5/min且不小于10-4/min的煤的組分劃分為有低的液化反應(yīng)性的組分，主要不可逆反應(yīng)的速率常數(shù)小于10-4/min的煤的組分劃分為極不可能液化的組分。10．一種在其中把氫氣吹入煤漿液進(jìn)行液化反應(yīng)的反應(yīng)容器的出口處的排出物中估測每一種成分的排出量的方法，包括如下步驟根據(jù)預(yù)先設(shè)定的對每一種煤化度都不同的煤種的漿液都相關(guān)的煤液化反應(yīng)模型而假定排出物中每一種成分的排出量并計算每一種氣相和液相在反應(yīng)容器里的反應(yīng)容器停留時間；基于反應(yīng)容器里的停留時間、流入反應(yīng)容器的每一種成分的流入量及從煤液化反應(yīng)模型得到的主要是不可逆反應(yīng)的速率公式以計算排出物中每一種成分的排出量；得到主要是不可逆反應(yīng)的速率公式的反應(yīng)速率常數(shù)使得計算的每一種成分的排出量與每一種成分的假定排出量在預(yù)定的誤差范圍內(nèi)相吻合；和基于每一種煤的反應(yīng)速率常數(shù)得出能表示煤的組分與反應(yīng)速率常數(shù)關(guān)系的公式；然后應(yīng)用對任選的一種煤有特定關(guān)系的公式以計算反應(yīng)速率常數(shù)，以此在煤液化反應(yīng)模型的基礎(chǔ)上估測排出物中每一種成分的排出量。11．根據(jù)權(quán)利要求1的一種估測煤液化反應(yīng)的產(chǎn)物的方法，其中，當(dāng)不包括水和灰分的煤劃分為三種組分一種組分有高的液化反應(yīng)性，一種組分有低的液化反應(yīng)性，第三種組分極不可能液化，當(dāng)排出的液化油和固體液化產(chǎn)物劃分成四種組分一種組分有低沸點，一種組分有中沸點，一種組分有高沸點，還有含有液化油的瀝青質(zhì)，及當(dāng)排出的其它的液化產(chǎn)物劃分成四種組分一種低級烴氣體組分、一種一氧化碳和二氧化碳?xì)怏w組分，一種只有水組成的組分，一種由硫化氫和氨氣組成的組分時，反應(yīng)速率常數(shù)和煤的組分間的關(guān)系式可表示如下[公式35]K32=K320×10A32{(H/C)×VM}+B32[公式36]K43=K430×10A43{(H/C)×VM}+B43[公式37]K54=K540×10A54{(H/C)×VM}+B54[公式38]K63=K630×10A63{(H/C)×VM}+B63[公式39]K73=K730×10A73{(H/C)×(VM-0)}+B73[公式40]K103=K1030×10A103{(H/C)×O}+B103[公式41]K93=K930×10A93(N+S)+B93[公式42]K81=K810×10A81{(H/C)×O}+B81[公式43]K10=K100×10A10{(H/C)×VM}+B10其中，K32是從低液化反應(yīng)性的煤的組分生產(chǎn)瀝青質(zhì)的反應(yīng)的反應(yīng)速率常數(shù)；K43是從瀝青質(zhì)產(chǎn)生高沸點的液化油組分的反應(yīng)的反應(yīng)速率常數(shù)；K54是從高沸點的液化油組分產(chǎn)生中沸點的液化油組分的反應(yīng)的反應(yīng)速率常數(shù)；K63是從瀝青質(zhì)產(chǎn)生低沸點的液化油組分的反應(yīng)的反應(yīng)速率常數(shù)；K73是從瀝青質(zhì)產(chǎn)生低級烴氣體的反應(yīng)的反應(yīng)速率常數(shù)；K103是從瀝青質(zhì)產(chǎn)生水的反應(yīng)的反應(yīng)速率常數(shù)；K93是從瀝青質(zhì)產(chǎn)生硫化氫和氨氣的反應(yīng)的反應(yīng)速率常數(shù)；K81是從高液化反應(yīng)性的煤的組分產(chǎn)生一氧化碳?xì)怏w和二氧化碳?xì)怏w的反應(yīng)的反應(yīng)速率常數(shù)；K10是氫氣和瀝青質(zhì)間反應(yīng)的反應(yīng)速率常數(shù)；其中H/C表示干基煤中氫原子和碳原子的比；O表示干基煤中所含的氧的重量比；N表示干基煤中所含的氮的重量比；S表示干基煤中所含的硫的重量比；和VM表示干基煤中所含的揮發(fā)成分的重量比，和其中A32表示當(dāng)(H/C)×VM畫在橫坐標(biāo)上而K32以對數(shù)值畫在縱坐標(biāo)上時，公式(35)所表示的直線的斜率；K320表示直線在跨越縱坐標(biāo)上的部分截距，它表示在用于得到上述關(guān)系式的預(yù)定煤種的(H/C)×VM處的K32值；B32表示上述直線的部分截距，它表示當(dāng)K32=K320時-A32{(H/C)×VM}的值；A43表示當(dāng)(H/C)×VM畫在橫坐標(biāo)上而K43以對數(shù)值畫在縱坐標(biāo)上時，公式(36)所表示的直線的斜率；K430表示直線在通過縱坐標(biāo)上的部分截距，它表示在用于得到特定關(guān)系式的預(yù)定煤種的(H/C)×VM處的K43值；B43表示直線的部分截距，它表示當(dāng)K43=K430時-A43{(H/C)×VM}的值；A54表示當(dāng)(H/C)×VM畫在橫坐標(biāo)上而K54以對數(shù)值畫在縱坐標(biāo)上時，公式(37)所表示的直線的斜率；K540表示直線在通過縱坐標(biāo)上的部分截距，它表示在用于得到關(guān)系式的預(yù)定煤種的(H/C)×VM處的K54值；B54表示直線的部分截距，它表示當(dāng)K54=K540時-A54{(H/C)×VM}的值；A63表示當(dāng)(H/C)×VM畫在橫坐標(biāo)上而K63以對數(shù)值畫在縱坐標(biāo)上時，公式(38)所表示的直線的斜率；K630表示直線在通過縱坐標(biāo)上的部分截距，它表示在用于得到關(guān)系式的預(yù)定煤種的(H/C)×VM處的K63值；B63表示直線的部分截距，它表示當(dāng)K63=K630時-A63{(H/C)×VM}的值；A73表示當(dāng)(H/C)×VM畫在橫坐標(biāo)上而K73以對數(shù)值畫在縱坐標(biāo)上時，公式(39)所表示的直線的斜率；K730表示直線在縱坐標(biāo)上的部分截距，它表示在用于得到關(guān)系式的預(yù)定煤種的(H/C)×VM處的K73值；B73表示直線的部分截距，它表示當(dāng)K73=K730時-A43{(H/C)×(VM-O)}的值；A103表示當(dāng)(H/C)×O畫在橫坐標(biāo)上而K103以對數(shù)值畫在縱坐標(biāo)上時，公式(40)所表示的直線的斜率；K1030表示直線在縱坐標(biāo)上的部分截距，它表示在用于得到關(guān)系式的預(yù)定煤種的(H/C)×O處的K103值；B103表示直線的部分截距，它表示當(dāng)K103=K1030時-A103{(H/C)×O}的值；A93表示當(dāng)(N+S)畫在橫坐標(biāo)上而K93以對數(shù)值畫在縱坐標(biāo)上時，公式(41)所表示的直線的斜率；K930表示直線在縱坐標(biāo)上的部分截距，它表示在用于得到關(guān)系式的預(yù)定煤種的(N+S)處的K93值；B93表示直線的部分截距，它表示當(dāng)K93=K930時-A93{(N+S)×VM}的值；A81表示當(dāng)(H/C)×O畫在橫坐標(biāo)上而K81以對數(shù)值畫在縱坐標(biāo)上時，公式(42)所表示的直線的斜率；K810表示直線在通過縱坐標(biāo)上的部分截距，它表示在用于得到關(guān)系式的預(yù)定煤種的(H/C)×O處的K81值；B81表示直線的部分截距，它表示當(dāng)K81=K810時-A81{(H/C)×O}的值；A10表示當(dāng)(H/C)×VM畫在橫坐標(biāo)上而K10以對數(shù)值畫在縱坐標(biāo)上時，公式(43)所表示的直線的斜率；K100表示直線在通過縱坐標(biāo)上的部分截距，它表示在用于得到關(guān)系式的預(yù)定煤種的(H/C)×VM處的K10值；和B10表示直線的部分截距，它表示當(dāng)K10=K100時-A10{(H/C)×VM}的值。全文摘要公開了一種估測由在高溫高壓下操作的容器式反應(yīng)器(16a、16b、16c)組成的煤液化反應(yīng)器中排出物的每一種成分的排出量的方法,假定排出物的每一種成分的排出量,計算組合物的混合物在反應(yīng)容器中的氣液平衡組成;進(jìn)一步計算反應(yīng)容器中氣相和液相的體積流速;基于由體積流速和經(jīng)驗公式計算出的氣體在反應(yīng)容器中的停留時間而計算出每一種氣相和液相的停留時間(τ1G、τ2G、τ3G),(τ1S、τ2S、τ3S);基于反應(yīng)容器中的停留時間(τ1、τ、……τn),流入反應(yīng)器的每一種成分的流入量及由特定煤的液化反應(yīng)模型得到的主要是不可逆反應(yīng)的速率公式而計算出排出物的每一種成分的排出量。將最初假定的每一種組分的排出量與計算得到的每一種組分的排出量相比;重復(fù)系列計算直到每一種成分的這兩個排出量在預(yù)定的誤差范圍內(nèi)相吻合。文檔編號C10G1/00GK1302324SQ99803859公開日2001年7月4日申請日期1999年3月25日優(yōu)先權(quán)日1998年3月25日發(fā)明者并木泰樹,小林正俊,木戶口晃,伊藤秀伸,平出政隆,今田邦弘,井口憲二申請人:住友金屬工業(yè)株式會社,出光興產(chǎn)株式會社,新日本制鐵株式會社,千代田化工建設(shè)株式會社,日本鋼管株式會社,三井造船株式會社,三菱重工業(yè)株式會社,株式會社日本能源,住友金屬礦山株式會社,旭化成工業(yè)株式會社,住友石炭礦業(yè)株式會社,株式會社日本制鋼所,橫河電機(jī)株式會社